具有表面生物仿生的医用牙种植体及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于一种生物医用牙种植体，特别是涉及一种具有表面生物仿生的医用牙种植体及其制作方法。
【背景技术】
[0002]随着交通事故的增加和人口老龄化，人群中各种原因造成的牙齿缺失逐年增加。伴随着人民生活水平的提高，人们对牙齿缺失的修复和替换要求日益增高。由于当前种植技术的飞速发展，牙科种植体已经广泛应用于牙列缺损和牙列缺失的修复。为了实现足够的强度，通常需要在牙齿缺失的部位植入金属或合金类种植体进而代替缺失的牙齿，恢复美观和功能。在口腔科等中，纯钛金属(或合金)因其良好的生物相容性，力学性能和抗腐蚀性能，在口腔种植领域得到广泛应用。但是，存在的问题是:这些金属或者合金本身为生物惰性，难以与骨组织形成快速、良好的骨性结合，从而导致种植后的愈合周期延长，结合强度低，甚至种植失败的问题。特别是对于有全身疾病的患者，例如糖尿病、骨质疏松等患者，更增加了种植修复的难度，如果种植适应症选择不当，勉强进行种植手术常常导致种植失败，增加病人的经济损失和痛苦，并埋下医患矛盾的种子，同时影响种植义齿技术的进一步推广应用。此外，现有种植体多为进口，由于费用过高，也制约了其临床的推广，难以造福广大缺牙患者。众多研究者采用各种各样的方法来实现种植体的表面改性以达到早期骨整合和更高的结合强度，主要包括3种策略:种植体表面物理改性、化学改性、生物化学改性从而增强其表面活性，促进骨结合。具体如下:
[0003]第一物理改性
[0004]物理改性主要指的是种植体表面超微结构的改变，包括喷砂，酸蚀，喷砂加酸蚀，钛浆喷覆，激光处理等。
[0005]1.喷砂处理
[0006]喷砂是将Al203、Ti02S羟基磷灰石等颗粒，通过高压气流喷射种植体材料表面，从而使表面粗化。喷砂处理可较好地增加种植体表面粗糙度，但其缺点是容易对种植体表面造成污染，处理后的种植体表面往往残留喷砂颗粒，并且在经过超声波清洗、酸钝化和灭菌后仍有残留。种植体植入后，这些微粒会释放到周围组织中而影响种植体的骨整合。除此之夕卜，喷砂形成的粗糙表面形态往往不规则，表面应力分布不均，而且只能形成一、二级孔洞，不能够形成三维孔洞。
[0007]喷砂处理的问题在于:
[0008]A喷砂的砂粒直接造成种植体成品的污染。
[0009]B处理后的表面形态不规则，不易实现均一、可控、一致性的表面处理效果。
[0010]C对于加工人员的健康有危害(吸入对呼吸系统有损伤，加工方法不环保)。
[0011]2.酸蚀处理酸蚀处理种植体表面避免了喷砂的一些缺点，所形成的表面清洁无杂质，形态均一，表面积也相对较大。种植体表面酸蚀技术是采用强酸如:盐酸，硫酸，磷酸或它们的混合液等将种植体表面粗糙化的一种表面处理方法。酸蚀能在一定程度上清洁种植体表面的杂质，形成二级粗糙度，可以刺激成骨细胞增殖以及分化，有利于形成骨结合。酸蚀处理操作方便，但其能达到的表面粗糙度有限。
[0012]酸蚀处理的问题在于:
[0013]A加工溶剂盐酸对于加工人员健康有危害。
[0014]人员危害:接触其蒸气或烟雾，可引起急性中毒，出现眼结膜炎，鼻及口腔粘膜有烧灼感，鼻衄、齿龈出血，气管炎等。误服可引起消化道灼伤、溃疡形成，有可能引起胃穿孔、腹膜炎等。眼和皮肤接触可致灼伤。慢性影响:长期接触，引起慢性鼻炎、慢性支气管炎、牙齿酸蚀症及皮肤损害。
[0015]环境危害:对环境有危害，对水体和土壤可造成污染。
[0016]燃爆危险:本品不燃，具强腐蚀性、强刺激性，可致人体灼伤。
[0017]毒理学资料及环境行为:急性毒性:LD50900mg/kg(兔经口 ) ;LC503124ppm，I小时(大鼠吸入)
[0018]危险特性:能与一些活性金属粉末发生反应，放出氢气。遇氰化物能产生剧毒的氰化氢气体。与碱发生中合反应，并放出大量的热。具有强腐蚀性。
[0019]B加工后的成品的清洁不彻底的试剂残留会影响种植效果。
[0020]C无法实现清洁制备的环保方法。
[0021]3.喷砂加酸蚀表面粗化技术
[0022]将常规喷砂与特定酸蚀处理方法相结合，集成了喷砂与酸蚀的优点，又克服了二者的缺点。优点是方法操作简单，成本低，避免单纯喷砂处理的不足，减少或者避免表面污染，优化了种植体表面的超微结构，提高骨组织与种植体表面之间的机械锁合。近年来，喷砂酸蚀被国内外许多学者用来进行种植体表面改性。
[0023]喷砂加酸蚀的问题在于:存在着酸蚀处理过程中试剂污染和不清洁环保的问题。
[0024]4.钛浆喷覆
[0025]以熔融的液体钛合金高速喷在光滑种植体表面，经快速冷却而成，是获得临床成功的种植体。主要的优点是整个种植体为一种材料制备而成，可以降低界面处的残余应力，同时增大表面积，所形成的微粗糙结构对于骨组织的早期固定起着重要的作用，但操作工艺复杂，种植体周围有钛颗粒存在，涂层的稳定性受到质疑。
[0026]钛浆喷覆的问题在于:
[0027]A操作工艺复杂
[0028]B种植体周围有钛颗粒污染
[0029]C涂层的稳定性受到质疑
[0030]5.激光法
[0031]激光处理种植体表面是近年来研究的一种新方法，已有试验证实可产生理想的粗糙度，并且处理过程中材质不需接触种植体表面，所以不会对种植体表面产生污染。但是，无法实现个性化的模拟患者天然骨形态结构的目的。
[0032]激光法的问题在于:
[0033]单纯的激光处理只能在种植体表面形成特定的沟槽、纹理等结构，无法实现个性化的模拟患者天然骨形态结构的目的。
[0034]第二化学改性
[0035]化学改性主要通过羟基磷灰石这一重要的骨仿生材料所具有的良好的生物相容性和骨引导作用而促进早期骨整合。羟基磷灰石涂层的制备工艺主要包括等离子喷涂法、溶胶-凝胶法、离子束辅助沉积技术、电化学沉积法、激光法、仿生法等。
[0036]1.等离子喷涂法
[0037]等离子喷涂是指利用等离子枪产生直流电孤，将涂层材料加热，溶融后通过高速喷射于金属表面形成涂层的技术。等离子喷涂，可使铁合金或纯钛种植体表面与骨的接触面积大大增加，从而加强种植体和骨的机械结合力并能够降低种植体与骨界面的应力，使应力更加分散。
[0038]等离子喷涂法的问题在于:
[0039]A由于线性喷涂工艺而造成粗糙基底表面涂层的不均匀和无法进行复杂形状基材的表面涂层。
[0040]B制备过程中的处理温度过高(10000°C )，而HA的热膨胀系数与合金相的热膨胀系数相差很大，使得在冷却过程中涂层与基底间产生残留的界面应力，甚至使涂层产生裂纹或当涂层材料植入生物体后，由于长期存在于体液环境中而使涂层松动或剥落。
[0041]C喷涂中的高温过程容易使HA发生分解，在涂层中产生非晶HA等杂相，从而影响涂层的生物性能
[0042]D涂层结构的致密度较低，植入人体后，生物液体容易沿连通孔隙渗透到基底界面，造成界面腐蚀，引起涂层剥落
[0043]2.溶胶-凝胶法
[0044]将按适当的钙磷比例配制的胶体液涂在种植体表面，再通过加热，形成一层结合牢固的羟基磷灰石薄膜，显著提高种植体的骨结合能力。但溶胶凝胶法中凝胶在烧结过程中有较大的收缩，涂层易开裂。
[0045]溶胶-凝胶法的问题在于:涂层容易开裂
[0046]3.激光法
[0047]在基底材料表面上预先涂覆一定比例的CaHPO4.2H20和CaOV混合粉末，然后用激光器进行熔覆处理，使合成与涂覆羟基磷灰石涂层一步完成。制得的涂层与基底的结合良好，硬度、强度较高，有一定的韧性，但涂层的均匀性和稳定性较难控制。
[0048]激光法的问题在于:涂层均匀性和稳定性较难控制，不易批量生产。
[0049]4.仿生法
[0050]仿生法模仿了自然界生理磷灰石的矿化机制，其特点在于仿生涂层(类骨磷灰石涂层)是在类似于人体环境条件的水溶液中自然沉积出来的，其成分更接近人体骨的无机质，可望具有更高的生物相容性和骨结合能力。这种方法为钛种植体的表面处理开辟了新思路。但是，由于存在着处理过程复杂，时间长，难于量产等问题。
[0051]仿生法的问题在于:
[0052]A处理时间长
[0053]B工艺复杂
[0054]C难于量产
[0055]羟基磷灰石(HA)涂层的综合缺陷
[0056]HA与钛金属理化性能差异较大，同时涂层制备工艺还不够完善，造成了 HA涂层在体内不能长期保持稳定，容易出现溶解、脱落，这一